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9.2 • Quels sont les facteurs qui contrôlent une réaction ?
variation d’entropie de la réaction DS. La vitesse de la réaction est élevée lorsque DS
et T sont élevés et lorsque la barrière d’énergie Ea est faible. Remarquons que la
barrière d’énergie des réactions de déshydratation est faible, tandis que la variation
d’entropie de ces mêmes réactions est élevée : ces réactions ont des vitesses élevées,
contrairement aux réactions ne faisant intervenir que des phases anhydres.
9.2 QUELS SONT LES FACTEURS QUI CONTRÔLENT
UNE RÉACTION ?
Pour qu’une réaction se réalise, il faut tout d’abord qu’il y ait dissolution des phases
réactantes et ensuite migration des éléments vers le site de recristallisation. Ceci
suppose une diffusion intracristalline à travers le milieu solide cristallin et intercristallin, à la frontière des cristaux, avec ou sans phase fluide. Le regroupement des
ions sur le site de recristallisation constitue le complexe d’activation. La nucléation
permet l’arrangement des atomes en nucléii des minéraux et la croissance, par nourrissage des nucléii, produit les néocristaux. Chacun de ces processus a une vitesse variable
en fonction des éléments mis en jeu, des minéraux dont la nucléation est plus ou
moins aisée, de la présence de fluides, lesquels favorisent la diffusion et le transport
des éléments. C’est le processus qui a la vitesse la plus faible qui contrôle la vitesse
de la réaction. Pour une réaction donnée, il n’est pas possible de définir un facteur
limitant, d’autant que celui-ci peut changer au cours de la réalisation de la réaction.
9.2.1 La vitesse de diffusion
Considérons, à titre d’exemple, l’un de ces processus : la diffusion chimique. La
vitesse de diffusion est gouvernée par le coefficient de diffusion qui diffère de
manière significative selon l’élément et le minéral considérés. Elle est très faible
dans le solide (diffusion intracristalline), en milieu anhydre et très dépendante de la
température. À 400 °C, une couronne minéralogique (comme celles des figures 1.1
et 4 de la planche 1) d’une épaisseur millimétrique, entre deux minéraux réactants se
forme en 1 million d’années environ. Il faut environ 100 fois moins de temps si la
température est de 800 °C. De telles valeurs sont raisonnables pour expliquer les
textures coronitiques de métagabbros peu hydratés. La diffusion à travers la couronne
devient rapidement le facteur limitant la vitesse de réaction lorsque la couronne
s’épaissit et que la température est basse (< 700 °C).
9.2.2 L’influence de la phase vapeur
En présence d’eau, et a fortiori, si celle-ci se déplace (infiltration), la vitesse de
diffusion (et de transport) devient très grande avec une « pénétration » des éléments
de plusieurs kilomètres à 400 °C en quelques millions d’années. Il est démontré
expérimentalement que la réaction MgO + SiO 2 = forstérite se réalise 10 8 fois plus
vite en présence d’eau à 450 °C qu’en conditions anhydres, à 1000 °C. L’eau est
aussi un solvant très efficace qui facilite la dissolution des phases réactantes. Dans
9782100522682-Nicollet.fm Page 125 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16
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9.2 • Quels sont les facteurs qui contrôlent une réaction ?
variation d’entropie de la réaction DS. La vitesse de la réaction est élevée lorsque DS
et T sont élevés et lorsque la barrière d’énergie Ea est faible. Remarquons que la
barrière d’énergie des réactions de déshydratation est faible, tandis que la variation
d’entropie de ces mêmes réactions est élevée : ces réactions ont des vitesses élevées,
contrairement aux réactions ne faisant intervenir que des phases anhydres.
9.2 QUELS SONT LES FACTEURS QUI CONTRÔLENT
UNE RÉACTION ?
Pour qu’une réaction se réalise, il faut tout d’abord qu’il y ait dissolution des phases
réactantes et ensuite migration des éléments vers le site de recristallisation. Ceci
suppose une diffusion intracristalline à travers le milieu solide cristallin et intercristallin, à la frontière des cristaux, avec ou sans phase fluide. Le regroupement des
ions sur le site de recristallisation constitue le complexe d’activation. La nucléation
permet l’arrangement des atomes en nucléii des minéraux et la croissance, par nourrissage des nucléii, produit les néocristaux. Chacun de ces processus a une vitesse variable
en fonction des éléments mis en jeu, des minéraux dont la nucléation est plus ou
moins aisée, de la présence de fluides, lesquels favorisent la diffusion et le transport
des éléments. C’est le processus qui a la vitesse la plus faible qui contrôle la vitesse
de la réaction. Pour une réaction donnée, il n’est pas possible de définir un facteur
limitant, d’autant que celui-ci peut changer au cours de la réalisation de la réaction.
9.2.1 La vitesse de diffusion
Considérons, à titre d’exemple, l’un de ces processus : la diffusion chimique. La
vitesse de diffusion est gouvernée par le coefficient de diffusion qui diffère de
manière significative selon l’élément et le minéral considérés. Elle est très faible
dans le solide (diffusion intracristalline), en milieu anhydre et très dépendante de la
température. À 400 °C, une couronne minéralogique (comme celles des figures 1.1
et 4 de la planche 1) d’une épaisseur millimétrique, entre deux minéraux réactants se
forme en 1 million d’années environ. Il faut environ 100 fois moins de temps si la
température est de 800 °C. De telles valeurs sont raisonnables pour expliquer les
textures coronitiques de métagabbros peu hydratés. La diffusion à travers la couronne
devient rapidement le facteur limitant la vitesse de réaction lorsque la couronne
s’épaissit et que la température est basse (< 700 °C).
9.2.2 L’influence de la phase vapeur
En présence d’eau, et a fortiori, si celle-ci se déplace (infiltration), la vitesse de
diffusion (et de transport) devient très grande avec une « pénétration » des éléments
de plusieurs kilomètres à 400 °C en quelques millions d’années. Il est démontré
expérimentalement que la réaction MgO + SiO 2 = forstérite se réalise 10 8 fois plus
vite en présence d’eau à 450 °C qu’en conditions anhydres, à 1000 °C. L’eau est
aussi un solvant très efficace qui facilite la dissolution des phases réactantes. Dans
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